Тема Системный подход как методология решения сложных задачОсновные вопросы
 Скачать 338.27 Kb.
|
|
Тема 2. Системный подход как методология решения сложных задач Основные вопросы 1. Анализ и синтез. Этапы анализа и синтеза. 2. Понятие модели, моделирования. 3. Системный подход. 4. Теория систем (ТС). 1. Анализ и синтез. Этапы анализа и синтеза Анализ и синтез являются фундаментальными приемами исследования любого тео- ретического или практического объекта, будь то человек, предмет, сложный материаль- ный комплекс или система деятельности. Анализ состоит в том, что объект мысленно рас- членяется на составные элементы, каждый из которых затем исследуется в отдельности для того, чтобы затем соединить их посредством синтеза в целое, выявив, таким образом, новое знание об их связях и зависимостях. Анализ обеспечивает полноту и всесторонность исследования. В структуре любого исследования выделяется аналитическая стадия, состо- ящая в движении мысли от общих к частным свойствам объекта. При этом полнота анали- за достигается путем достижения такого уровня детализации признаков исследуемого объекта, на котором каждый из них представляет элементарный, т.е. неразложимый на другие более частные элементы квант информации о свойствах изучаемого объекта. Реа- лизация этого требования особенно важна при исследовании микрочастиц, микрообъек- тов, кратких текстов, подписей и иных малоинформативных объектов, а также при общем дефиците информации. Синтезирующая стадия исследования состоит в общей оценке выявленной на раз- личных стадиях анализа информации с позиции конечной задачи исследования, например, при идентификации, является ли выявленная совокупность совпадающих свойств непо- вторимой, а выявленные различия – исключающими тождество. Анализ и синтез являются фундаментальными приемами построения информацион- ных систем. Установление отдельного свойства объекта есть результат обобщения (синте- за) отражающих его признаков. При исследовании материальных объектов существенную роль играет система об- щенаучных методовнаблюдения, измерения, описания и эксперимента. Общеизвестна значимость сравнения как метода научного и практического познания. Не будет преувеличением и распространение мысли И.М. Сеченова о том, что «все позна- ется в сравнении», на любое исследование. Вместе с тем формы использования этого при- ема в научной и практической деятельности имеют выраженную специфику, обусловлен- ную задачами исследования и непосредственной функцией метода. В ряду указанных за- дач следует указать на распознавание, узнавание, опознание, классификацию, идентифи- кацию, установление соответствияустановленным техническим и технологическим тре- бованиям. Первоначальное знакомство с неизвестным объектом или явлением в любых ситуа- циях состоит в распознавании его природы, происхождения и назначения. Классификация представляет распределение предметов какого-либо рода на классы согласно наиболее существенным признакам, присущим предметам данного рода и отли- чающим их от предметов других родов. При этом каждый класс занимает в полученной системе определенное, постоянное место и, в свою очередь, делится на подклассы. Опре- деление класса исследуемого объекта восполняет наши знания об объекте, которые не мо- гут быть получены путем его непосредственного восприятия. С другой стороны, класси- фикационные свойства позволяют отличить объект от других объектов, сходных, но при- надлежащих к другому роду, виду или подвиду, т.е. воспользоваться методом исключения. Этапы анализа и синтеза . Ранее говорилось о том, что анализ и синтез присущи че- ловеческому мышлению. Их единство позволяет познавать мир. Вспомним, что суть ана- лиза состоит в разделении целого на части, в представлении сложного в виде совокупно- сти более простых компонент. Примеры аналитического метода в науке: математика (разложение функций в ряды, дифференциальное и интегральное исчисление, разбиение неоднородных областей на однородные с последующим «сшива- нием» решений; физика (фильтры, анализаторы спектров, исследование атомов и элементарных частиц). Синтез, т.е. обратный процесс объединения частей в целое необходим для познания целого, сложного. Для изучения и проектирования сложных систем часто бывает недоста- точно интуитивных системных представлений. Анализ и синтез систем является предме- том изучения системного анализа, который рассматривает технические аспекты аналити- ческого и синтетического методов исследования систем, а именно: как выполняются операции разделения целого на части; почему именно так. Аналитический метод в явной форме был сформулирован представителями рациона- лизма. Р. Декарт в 17 в. писал: «Расчлените каждую изучаемую вами задачу на столько частей, сколько потребуется, чтобы их было легко решить. Однако роль синтеза не сводится только к «сборке деталей», полученных при анали- зе. Целостность системы нарушается при анализе, при расчленении системы утрачиваются не только существенные свойства самой системы (разобранный автомобиль не поедет, расчлененный организм не способен жить), но исчезают и существенные свойства ее ча- стей, оказавшихся отдельными от нее (оторванный руль не рулит, отделенный глаз не ви- дит). Таким образом, результатом анализа является лишь вскрытие структуры, знание о том, как система работает, но не понимание того, почему и зачем она это делает. Другими словами, синтетическое мышление требует объяснить поведение системы. Синтетическое мышление открывает не структуру, а функцию; оно открывает, почему система работает так, а не то, как она делает это. Сочетание анализа и синтеза можно представить в виде следующей таблицы 3. Таблица 3. Содержание этапов анализа и синтеза Этап Анализ Синтез 1 Вещь, подлежащая объяснению, расчле- ненная на части Часть рассматривается как часть большего целого 2 Объясняются содержимые части Объясняется целое 3 Знание о частях агрегируется (соединя- ется) в знание о целом Понимание содержащего целого рас- членяется (дезагрегирование, деком- позиция) для объяснения частей И при аналитическом, и при синтетическом подходе наступает момент, когда необ- ходимо разложить целое на части либо объединить части в целое. Значение аналитического метода не только и не столько в том, что целое расчленя- ется на части (анализ, декомпозиция), а в том, что будучи соединены надлежащим обра- зом, эти части вновь образуют единое целое (синтез, агрегирование). Момент агрегирования частей в целое является конечным этапом анализа, по- скольку лишь после этого мы можем объяснить целое через его части – в виде структуры целого. При решении сложных системных проблем важную роль играет метод структурного анализа. 2. Понятие модели, моделирования Человеческому мышлению в принципе присуща системность, равно как и моделиро- вание есть неотъемлемое свойство человеческой деятельности. Осознание этого свойства происходило постепенно, как и расширение понятия «модель». Первоначальное определение модели – некоторое вспомогательное средство, кото- рый в определенной ситуации заменяет другой объект. Вначале понятие модель относи- лось только к материальным объектам (например, манекен – модель человеческой фигу- ры, чучело – модель животного, модели автомобилей, самолетов и т.п.). Возможны и дру- гие, более точные определения, например: модель – это некий объект - заместитель, кото- рый в определенной степени заменяет объект - оригинал, воспроизводя интересующие нас свойства и характеристики оригинала, причем по сравнению с оригиналом модель имеет существенные преимущества для определенного вида работы с ней, а именно: нагляд- ность, доступность испытаний и т.п. Модель – это не абсолютная копия оригинала, она предполагает уже некоторую сте- пень абстрагирования. Чертежи, рисунки, карты – это тоже модели, но они соответствуют более высокой степени абстрагирования от оригинала, поэтому их модельные свойства были осознаны намного позже. В настоящее время понятие модели расширилось, оно включает и реальные и, так называемые идеальные модели, например, математические модели. Свойствами модели обладают такие формы научных представлений о мире как законы, гипотезы, теории. Модели не только качественно различны, они иерархичны, т.е. могут быть модели более высокого уровня и менее высокого, как, например, в случае моделей научного зна- ния: Выше было сказано, что моделирование есть неотъемлемое свойство человеческой деятельности. Можно уточнить, что это – неотъемлемый этап всякой целенаправленной деятельности Любая деятельность человека имеет целевой характер, а цель – не что иное, как об- раз ожидаемого будущего, т.е. модель состояния, на реализацию которого направлена дея- тельность. Далее: деятельность системна, т.е. она осуществляется не хаотично, а по определен- ному плану, или алгоритму. Следовательно, алгоритм тоже можно рассматривать как мо- дель будущей деятельности. Поскольку модель – целевое отображение, один и тот же объект может иметь мно- жество моделей в зависимости от целей. 3. Системный подход Системный подход – направление методологии исследования, в основе которого лежит рассмотрение объекта как целостного множества элементов в совокупности отно- шений и связей между ними, то есть рассмотрение объекта как системы. Говоря о системном подходе, можно говорить о некотором способе организации наших действий, таком, который охватывает любой род деятельности, выявляя законо- мерности и взаимосвязи с целью их более эффективного использования. При этом си- стемный подход является не столько методом решения задач, сколько методом постанов- ки задач. Как говорится, правильно заданный вопрос – половина ответа. Это качественно более высокий, нежели просто предметный, способ познания. Основоположниками системного подхода являются: Л. фон Берталанфи, А. А. Бог- данов, Г.Саймон, П.Друкер, А.Чандлер. Основные принципы системного подхода: Целостность, позволяющая рассматривать одновременно систему как единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней. Иерархичность строения, то есть наличие множества (по крайней мере, двух) элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня элементам высшего уровня. Реализация этого принципа хорошо видна на примере любой конкретной органи- зации. Как известно, любая организация представляет собой взаимодействие двух подси- стем: управляющей и управляемой. Одна подчиняется другой. Структуризация, позволяющая анализировать элементы системы и их взаимосвязи в рамках конкретной организационной структуры. Как правило, процесс функционирования системы обусловлен не столько свойствами еѐ отдельных элементов, сколько свойствами самой структуры. Множественность, позволяющая использовать множество кибернетических, экономиче- ских и математических моделей для описания отдельных элементов и системы в целом. Системность, свойство объекта обладать всеми признаками системы. Основные определения системного подхода Система – совокупность взаимосвязанных элементов, образующих целостность или единство. Структура– способ взаимодействия элементов системы посредством определенных связей (картина связей и их стабильностей). Процесс – динамическое изменение системы во времени. Функция – работа элемента в системе. Состояние – положение системы относительно других еѐ положений. Системный эффект – такой результат специальной переорганизации элементов системы, когда целое становится больше простой суммы частей. Структурная оптимизация – целенаправленный итерационный процесс получения серии системных эффектов с целью оптимизации прикладной цели в рамках заданных ограничений. Структурная оптимизация практически достигается с помощью специально- го алгоритма структурной переорганизации элементов системы. Разработана серия имита- ционных моделей для демонстрации феномена структурной оптимизации и для обучения. Основные допущения системного подхода: 1. в мире существуют системы; 2. системное описание истинно; 3. системы взаимодействуют друг с другом, а, следовательно, всѐ в этом мире взаимосвя- зано; 4. следовательно, мир — это тоже система. Аспекты системного подхода Системный подход — это подход, при котором любая система (объект) рас- сматривается как совокупность взаимосвязанных элементов (компонентов), имею- щая выход (цель), вход (ресурсы), связь с внешней средой, обратную связь. Это наиболее сложный подход. Системный подход представляет собой форму приложения теории по- знания и диалектики к исследованию процессов, происходящих в природе, обществе, мышлении. Его сущность состоит в реализации требований общей теории систем, соглас- но которой каждый объект в процессе его исследования должен рассматриваться как большая и сложная система и, одновременно, как элемент более общей системы. Развернутое определение системного подхода включает также обязательность изу- чения и практического использования следующих восьми его аспектов: 1. системно-элементного или системно-комплексного, состоящего в выявлении эле- ментов, составляющих данную систему. Во всех социальных системах можно об- наружить материальные компоненты (средства производства и предметы потреб- ления), процессы (экономические, социальные, политические, духовные и т. д.) и идеи, научно-осознанные интересы людей и их общностей; 2. системно-структурного, заключающегося в выяснении внутренних связей и зави- симостей между элементами данной системы и позволяющего получить представ- ление о внутренней организации (строении) исследуемой системы; 3. системно-функционального, предполагающего выявление функций, для выполне- ния которых созданы и существуют соответствующие системы; 4. системно-целевого, означающего необходимость научного определения целей и подцелей системы, их взаимной увязки между собой; 5. системно-ресурсного, заключающегося в тщательном выявлении ресурсов, требу- ющихся для функционирования системы, для решения системой той или иной про- блемы; 6. системно-интеграционного, состоящего в определении совокупности качествен- ных свойств системы, обеспечивающих еѐ целостность и особенность; 7. системно-коммуникационного, означающего необходимость выявления внешних связей данной системы с другими, то есть, еѐ связей с окружающей средой; 8. системно-исторического, позволяющего выяснить условия во времени возникно- вения исследуемой системы, пройденные ею этапы, современное состояние, а так- же возможные перспективы развития. Практически все современные науки построены по системному принципу. Важным аспектом системного подхода является выработка нового принципа его использования – создание нового, единого и более оптимального подхода (общей методологии) к позна- нию, для применения его к любому познаваемому материалу, с гарантированной целью получить полное и целостное представление об этом материале. 4. Теория систем (ТС) Потребности практики и науки стимулировали появление и развитие научного направления системных исследований, охватывающих самые различные объекты, которое получило название теория систем (ТС). В рамках ТС обычно выделяют несколько теорий: системный анализ, кибернетику, исследование операций и системотехнику. Познавательные возможности ТС реализуются путем отражения объектов и явлений (реальных и абстрактных) в ее основных понятиях, которые имеют весьма обобщенный смысл, что позволяет использовать их в различных науках. Центральное понятие – система. В настоящее время нет единства в определении этого понятия. При этом понятия не противоречат друг другу, но отличаются полнотой. Наиболее распространенными являются следующие понятия. Во всех известных вариантах подчеркивается, что систему образует не одна единица, а несколько взаимосвязанных, не взаимосвязанные единицы не могут принадлежать си- стеме. Система – это не простой комплекс, совокупность, а нечто, выступающее целостно. Заметим, что если исходить из предпосылки, что все взаимосвязано, то второе определе- ние понятия система может показаться абсурдным. Однако это не так, поскольку целост- ность определяется исследователем, и он вправе сам устанавливать границы своего иссле- дования. Термин системный подход начал применяться в первых работах, в которых элемен- ты теории систем использовались для практических приложений. Этот термин использо- вался с целью подчеркнуть необходимость исследования объекта с разных сторон, ком- плексно, для того, чтобы можно было получить более правильное о нем представление, выявить новые свойства, лучше определить взаимоотношения объекта с внешней средой, другими объектами. Системный подход как метод исходит из того положения, что любая организация, процесс рассматривается как сложное целое, как совокупность взаимосвязанных частей – функционирующих элементов, составляющих определенную систему. Основными свой- ствами любой системы являются измеримость и эффективность. При этом измеримость – способность системы измерять свои характеристики, а эффективность – возможность решить проблему с помощью данной системы. Системный подход базируется на двух постулатах. Постулат 1. Любая система может быть описана в терминах системных объектов, свойств и связей. Постулат 2. Структура функции системы и решения проблемы является стандартной для любых систем и любых проблем. К числу принципов системного подхода относятся принципы цели, целостности, сложности, историзма, двойственности, всесторонности, множественности, динамиз- ма и сходства. Таким образом, системный подход к исследованию сложных объектов предполагает проведение исследования в трех взаимосвязанных аспектах: исторический анализ (генети- ческий и прогностический); структурный анализ (анализ связей и состава); функциональ- ный анализ (анализ внутреннего и внешнего функционирования). Методологическим основанием подготовки и обоснования решений по сложным проблемам научного, экономического и технического характера является системный ана- лиз. Привлечение этой методологии обусловлено, прежде всего, тем, что при поиске ре- шений проблемы приходится осуществлять выбор в условиях неопределенности, вызван- ной наличием факторов, не поддающихся строгой количественной оценке. В центре методологии системного анализа находится операция количественного сравнения альтернатив, которая выполняется с целью выбора альтернативы, подлежащей реализации. Но для того, чтобы количественные оценки позволяли вести сравнение аль- тернатив, они должны отражать участвующие в сравнении свойства альтернатив (резуль- тат, эффективность, стоимость и другие). Достичь этого можно, если учтены все элементы альтернативы и даны правильные оценки каждому элементу. Так возникает идея выделения всех элементов, связанных с данной альтернативой, т. е. идея, которая на обыденном языке выражается как всесторон- ний учет всех обстоятельств. Выделяемая этим определением целостность называется в системном анализе полной системой или просто системой. Система, таким образом, есть то, что решает проблему. Но как выделить эту целостность, систему, как установить, входит данный элемент в данную альтернативу или нет? Единственным критерием может быть участие этого эле- мента в процессе, приводящем к появлению выходного результата данной альтернативы. Коль скоро это так, понятие процесса оказывается центральным понятием системного анализа. Не может быть системного мышления без ясного понимания процесса. Действие системы само по себе не является конечным критерием хорошего, так как некоторые идеально работающие системы могут не обеспечить достижение целей. Опре- деление целей может быть дано только в терминах требований к системе. Промежуток между существующей и желаемой системой образует то, что называет- ся проблемой. Цель действий состоит в том, чтобы свести к минимуму промежуток между существующей и предлагаемой системой При решении проблем делового и промышленного мира наиболее важными пункта- ми являются объективность и логичность. Объем знаний, широко подтвержденный наблюдениями, становится очевидностью. Наблюдение есть процесс, посредством которого данные отождествляются с системой для последующего объяснения этой системы. Существенным является следующее утверждение. Если известен хотя бы один путь перехода от существующего состояния к желаемому, то проблема превращается в задачу. В том случае, если такой путь неизвестен, то перед нами – проблема. Проблемы могут проявляться в симптомах, систематически проявляющиеся симп- томы образуют тенденцию. Обнаружение проблемы – это результат идентификации симптомов. Естественно, что это возможно, если известны нормы или желательное пове- дение системы (требуемое состояние системы, иначе – цель). После выявления проблемы прогнозируется ее развитие и оценка актуальности ее решения, т. е. состояния системы при нерешенной проблеме. В ходе прогноза различие между прогнозируемым и существующем положением дел может увеличиваться, пробле- ма будет становиться острее и, как следствие, будет возрастать ее актуальность. Оценка актуальности решения проблемы позволяет определить необходимость ее решения. Процесс нахождения решения проблемы концентрируется вокруг последовательно выполняемых операций идентификации условия, цели и возможностей для ее решения. Результатом идентификации является описание условия, цели и возможностей в терминах системных объектов (входа, процесса, выхода, обратных связей и ограничений). Всякий вход системы, является выходом этой или другой системы, а всякий выход – входом. Выделить систему в реальном мире, значит указать все процессы, дающие данный выход. Применение системного анализа на практике может происходить в двух ситуациях: 1) исходным пунктом является появление новой проблемы; 2) исходным пунктом является новая возможность, найденная вне непосредствен- ной связи с данным кругом проблем. Заметим, что определение точного перечня частных функций, обеспечивающих реа- лизацию перечисленных этапов решения новой проблемы- это предмет самостоятельного исследование, необходимость и значение которого не могут быть переоценены. Исходя из содержания упомянутых этапов, могут быть использованы методы: теории поиска и обнаружения, теории распознавания образов, статистики, в частности, факторного анализа, теории эксперимента, модели ис- следования операций и смежные модели (очереди, запасов, игровых ситуаций и др.), модели поведения (гомеостатические, динамические, самоорганизации и другие), теории классификации и упорядочения, методы синтеза сложных динамических систем, теории потенциальной достижимости, модели теории авторегулирова- ния, прогнозирования, инженерной и когнитивной психологии, искусственного интеллекта и инженерии знаний и смежных с ними дисциплин, и модели различных областей теории организации, социальной психологии и социологии. Задача ученых состоит в изучении природы. Выполнение этой задачи становится возможным благодаря использованию учеными знаний и профессиональных методов. Например, физик исследует связь причины и следствия, используя свою специальную подготовку для наблюдения и измерений. В том случае, если отношение между причиной и следствием может быть легко установлено, то ученый придает эксперименту структуру работающей модели явления, в которой он сам играет роль наблюдателя. Рассматривая результат, ученый устанавливает, что произошло в изучаемом процессе, и связывает это со своим понимание физического мира. При этом имеется возможность воспроизвести эксперимент и в результате убедиться в возможности воспроизведения его результатов. Однако ученый также заинтересован и в изменении процедур и методов эксперимента, чтобы наблюдать и изменения в результате. Наблюдая за результатами, он может узнать нечто большее о мире и нечто большее о своих собственных первоначальных результатах. В конце концов, ученый может оказаться способным влиять на скрытые свойства изучае- мого предмета. Задача, которую решает ученый, может быть представлена в виде следующей схемы: Дано: Задача: Результат: данные, которые должны быть объяснены построить данные для их объяснения объяснение данных Метод решения проблем является общим для всех областей человеческой деятельно- сти. Поэтому между методами научного исследования и методами решения проблем дело- вого мира существует большая общность. В отличие от ученых, чьи системы закрытые, современный руководитель выполняет свои функции в мире, который становится другим и усложняется каждый день. Более то- го, проблемы ответственных руководителей совершенно не похожи на проблемы ученых. Тем не менее, ответственный руководитель может улучшить ведение дел, используя некоторые приемы, которые используются при решении научных задач, поскольку у него при рассмотрении крупномасштабных проблем есть что-то общее с великими математи- ками. Таким образом, оказывается, что и в сфере делового мира есть место применения общей научно-ориентированной методологии решения проблем. Задача состоит в том, чтобы исследовать возможность улучшения решения проблем в неполностью структури- рованном открытом деловом мире. Заметим, что и в научном эксперименте, и в бизнесе используются одни и те же по- нятия: данные, информация и условия. Однако для делового мира требуется гораздо больше, чем вычислительные машины и математика. В нем имеются специалисты по рабочей силе и сбыту, заказчики, конкурен- ты, материалы, устройства и бесчисленное множество специальностей и видов ресурсов. Все они в разной мере оказывают прямое или косвенное влияние на проведение дел в ор- ганизациях различных форм собственности, заинтересованных в улучшении сбыта или увеличении прибыли. Машины и математика в той степени, в какой они сейчас использу- ются, не могут сами по себе проникнуть в деловую деятельность. Поэтому чрезвычайно важно научиться разделять данные и явления деловой деятельности, чтобы можно было внести в их изучение необходимые элементы научной методологии. Процесс решения проблемы проходит несколько этапов: 1. Формулирование проблемы. 2. Подготовка к решению. 3. Решение. При формулировании проблемы не следует предлагать решения или устанавливать причины. Подготовка формулировки проблемы прежде всего, нацелена на то, чтобы по- ставить проблему в центр внимания. К гипотезам на стадии формулирования проблемы не предъявляется никаких требований. Рассмотрим, как системный анализ может применяться при решении проблем в си- стемах организационного управления. Несвоевременное или расточительное решение или же обострение проблемы и воз- никающее, как следствие, потери свидетельствуют о том, что механизм контроля состоя- ния системы, в которой возникла проблема, выработки и реализации необходимых реше- ний работает неудовлетворительно. Но неудовлетворительная работа этого механизма означает неудовлетворительную работу организации, реализующей этот механизм. Улуч- шение его работы может быть, достигнуто улучшением выполнения функций решения проблем, предусматриваемых системным анализом. Для этого необходимо рассматривать организацию не как структуру подчинения с установленными или сложившимися отно- шениями, а как процесс решения проблемы. Такой подход позволяет рассматривать орга- низацию как систему, а для ее описания, изучения и улучшения использовать концепту- альный аппарат системного анализа. Заметим, что задача высшего руководства любой организации – не выработка ре- шений, а конструирование процесса выработки решения и наблюдение за его действием. Способность руководителя среднего звена предлагать хорошие решения не являются ос- нованием для выдвижения его в состав высшего руководства. Таким образом, системный анализ сводит решение проблемы к конструированию системы и, по существу, переносит в область организационных систем методы, хорошо известные в практике инженерной разработки технических систем и придают решению организационных проблем характер исследовательской и инженерно-конструкторской де- ятельности. |